12超声波测距仪的设计与调试——发射部分.ppt
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1、超声波测距仪的设计与调试 发射部分,本系统中超声波测距基本原理,由于超声波指向性强,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪、物位测量仪等。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此得到了广泛的应用。 在本系统中,我们主要应用的是反射式检测方式。即超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波后就立即停止计时。超声波在空气中传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离s。 即:s=340t/
2、2,这就是所谓的时间差测距法。,超声波测距仪的总体设计方案,超声波测距仪的总体设计方案,本系统主要由超声波发射电路、接收电路、控制部分及电源四部分组成。 控制信号由555定时器构成的低频振荡器来实现。 发射电路由555定时器构成的高频振荡器产生40kHz方波,经过驱动电路驱动超声波发生器发出一簇信号,同时开始计时。 接收端将收到的微弱回波信号检出,送信号放大电路放大,经输出比较产生脉冲输出,系统收到中断信号后停止计时,计算出时间并换算为距离值显示,本系统可以满足多领域的应用。 本系统中关键电路是超声波发射电路和超声波接收电路。后续课程针对这两部分分别进行重点论述。,超声波发射电路基本原理,超声
3、波发射电路主要由振荡电路、驱动电路和超声波发射头组成。振荡电路产生超声波传感器工作需要的40kHz频率信号。由于超声波振子也有约2000PF的电容,有充放电电流流通,因此,采用驱动电路增大驱动电流,有效驱动超声波振子发送超声波。使用方波进行驱动时,由于振子的谐振作用,也变为正弦波进行发送。 本系统的振荡电路利用555产生占空比可调的40kHz方波信号。,振荡电路部分,驱动电路部分,控制电路部分,基于555的超声波发射电路,超声波发射电路基于555的振荡器,本电路中采用555定时器构成振荡电路,2脚(6脚)及地之间的电容不断的进行充、放电,导致555时基电路处于置位与复位反复交替的状态,即输出端
4、3脚交替输出高电平与低电平,输出波形为近似矩形波,此电路也称为自激多谐振荡器。,555多谐振荡电路工作原理,555多谐振荡器的基本电路如图所示。电路初次通电时,由于电容C两端电压不能突变,555的2脚为低电平,555时基电路置位,即3脚输出高电平,内部放电晶体管截止,7脚被悬空,此时正电源VDD通过电阻R1、R2向电容C充电,使C两端电压不断升高,约经时间tH ,C两端电压即阈值端(6脚)电平升至2VDD/3时,555时基电路翻转复位,3脚输出低电平,同时内部放电晶体管导通,7脚也为低电平,此时电容C储存电荷将通过R2向7脚放电,使C两端电压即555的触发端2脚电平不断下降,约经tL时间,电压
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